1. Суть залізобетону

Бетон — це штучний кам’яний матеріал, який добре протистоїть стис­канню і значно гірше — розтяганню.

В бетонній балці, що згинається (рис. 0.1, а), виникають розтягнута і сти­снута зони. Така балка має низьку несучу здатність внаслідок слабкого опору бе­тону розтяганню.

Якщо в розтягнутій зоні такої балки розмістити арматуру (рис. 0.1, б), то її несуча здатність значно зросте.

Залізобетоном називають штучний композитний будівельний мате­ріал, що складається з бетону та сталевої арматури, які працюють разом.

Рис. 0.1. Елементи під навантаженням: а — бетонна балка; б — залізобетонна балка; в — залізобетонна колона

Армування бетонної балки дає можливість використовувати міцність сталевої арматури на розтягання і міцність бетону на стискання. Несуча здатність залізобетонної балки може перевищувати несучу здатність аналогічної бетонної більш, як у 10 разів.

У стиснутих конструкціях значну частину навантаження сприймає бе­тон. Арматура працює спільно з бетоном і сприймає частину стискувальних зусиль, що дає можливість зменшити розміри поперечного перерізу еле­мента (рис. 0.1, в). Армування стиснутого бетону підвищує також надійність залізобетонних елементів.

2. Фактори, що впливають на сумісну роботу матеріалів (бетон + арматура)

Спільна робота сталевої арматури і бетону обумовлена такими фізико-механічними властивостями цих матеріалів:

1) при тужавленні бетону між ним та арматурою виникають значні сили зчеплення, які забезпечують у певних межах рівність їхніх деформацій;

2) щільний бетон захищає сталеву арматуру від корозії, а також охороняє її від безпосередньої дії вогню;

3) сталь та бетон мають близькі коефіцієнти лінійного температурного розширення, тому із зміною температури внутрішні температурні зусилля в залізобетоні незначні;

4) співвідношення модулів пружності арматури та бетону в межах 6...14 сприяє повному використанню міцності арматури в залізобетонних конструкціях.

Переваги та недоліки залізобетону. Залізобетон широко використовується в будівництві за рахунок його довговічності, вогнестійкості, стійкості проти атмосферних впливів. Він має високий опір динамічним навантаженням та низькі експлуатаційні витрати у порівнянні з іншими будівельними конструкціями. Крупний (щебінь, гравій) і дрібний (пісок) заповнювачі для бетону розповсюджені по всій території України, що також сприяє широкому застосуванню залізобетону у будівництві.

У залізобетонних конструкціях (далі ЗБК) від дії зовнішнього експлуатаційного навантаження виникають тріщини в розтягнутих зонах (рис. 0.1, б). Ширина розкриття цих тріщин в багатьох конструкціях незначна і не заважає їх нормальній експлуатації.

Найефективніший спосіб запобігти появі тріщин — застосувати попереднє напруження арматури. Попередньо напруженими називають ЗБК, під час виготовлення яких створюється обтискування бетону зони, розтягнутої під дією зовнішнього навантаження. Цього досягають попереднім напруженням високоміцної арматури. При натягуванні арматури реалізується значна частина її пружних деформацій, що дає можливість використовувати високоміцні сталі для армування ЗБК. Обтискування бетону сприяє істотному збільшенню періоду спільної роботи напруженої арматури з розтягнутим бетоном і дає можливість не допустити утворення тріщин під час експлуатації або обмежити їх розкриття. Використання високоміцної арматури знижує вартість залізобетонних конструкцій.

Основним недоліком ЗБК є їх велика маса. Для зменшення маси ЗБК використовують ефективні поперечні перерізи залізобетонних елементів (тавровий, двотавровий, з отворами тощо) та легкі бетони

3. Стадії проектування залізобетонних конструкцій

4. Контрольні характеристики бетону. Класи, марки і т. д.

Нормами проектування встановлюються показники якості бетону — класи та марки:

1) Клас бетону за міцністю на осьовий стиск в (цей показник вказують в проектах у всіх випадках);

2) клас бетону за міцністю на осьовий розтяг Bt (вказують у тих випадках, коли ця характеристика контролюється при виготовленні ЗБК);

3) марка бетону за морозостійкістю F (вказується для ЗБК, що експлуатуються в умовах підвищеної вологості при перемінному заморожуванні і відтаванні);

4) марка бетону за водонепроникністю W (вказується для конструкцій, що експлуатуються під тиском рідин);

5) марка бетону за густиною Д (вказується для теплоізоляційних ЗБК).

Задані клас та марку бетону отримують відповідним підбором бетонної суміші в лабораторних умовах з наступним випробовуванням зразків.

Найбільш цінний показник бетону — його міцність на стиск — характеризується класом бетону В (МПа): тимчасовий опір стисканню бетонних кубів 15х15х15 см, випробуваних через 28 діб зберігання при температурі 2020С і вологості 100%.

Нормами встановлені такі класи В бетону на осьовий стиск:

а) для важкого бетону — В7,5, В10, В12,5, В15, В20, В30, В35, В40, В45, В50, В55, В60;

б) для дрібнозернистих бетонів залежно від виду:

А (з модулем крупності піску 2,1 і більше) — до В40;

Б (з модулем крупності піску в межах 1 — 2,1) — до В30;

В (при автоклавній обробці бетону) — до В60;

в) для легкого бетону — до В40.

Класи бетону на осьовий розтяг (МПа) Bt0,8, Bt1,2, Bt1,6, Bt2, Bt2,4, Bt2,8, Bt3,2 означають тимчасовий опір розриву бетонних вісімок, витриманих 28 діб при температурі 2020С і вологості 100%.

Марки бетону за морозостійкістю бувають віл F25 до F500 і означають кількість циклів заморожування і відтавання зразка без втрати ним міцності.

Марки бетону за водонепроникністю встановлені від W2 до W12. Вони вказують на граничний тиск рідини, коли вона ще не просочується через зразок.

Марка бетону за густиною від Д800 до Д2400 характеризує середню густину бетону (кг/м3).

Оптимальний клас чи марку бетону вибирають на основі техніко-економічних міркувань залежно від виду залізобетонної конструкції, умов її експлуатації, способу виготовлення

Бетон як матеріал для ЗБК повинен мати такі наперед задані фізико-механічні властивості: міцність, достатню густину (непроникність) для захисту арматури від корозії, добре зчіплюватися з арматурою під час тужавлення, а також інші властивості, що відповідають особливим умовам експлуатації ЗБК (наприклад, корозійна стійкість для конструкцій, що експлуатуються в агресивному середовищі тощо).

Бетони можна класифікувати за рядом ознак:

а) за структурою — щільної структури, в яких простір між зернами заповнювача зайнятий затверділою в’яжучою; крупнопористі малопісчані та безпісчані; поризовані, тобто з заповнювачами і штучною пористою затверділою в’яжучою; ніздрюваті з штучно створеними замкнутими порами;

б) за середньою густиною — особливо важкі (>2500 кг/м³); важкі (2200<<2500 кг/м³); полегшені (1800<<2200 кг/м³); легкі (500<<1800 кг/м³);

в) за видом заповнювача — на щільних заповнювачах; на пористих заповнювачах; на спеціальних заповнювачах;

г) за зерновим складом — крупнозернисті з крупним та дрібним заповнювачами; дрібнозернисті з дрібним заповнювачем;

д) за умовами тужавлення — бетони природного тужавлення; піддані тепловологісній обробці при атмосферному тискові; піддані автоклавній обробці при підвищеному тискові.

Згідно з діючими нормами проектування усі бетони для ЗБК поділяються на три групи:

важкий бетон — бетон щільної структури, на щільних заповнювачах, крупнозернистий, на цементній в’яжучій при будь-яких умовах тужавлення;

дрібнозернистий бетон — бетон щільної структури, важкий, на дрібних заповнювачах, на цементній в’яжучій при будь-яких умовах тужавлення;

легкий бетон — бетон щільної структури, на пористих заповнювачах, крупнозернистий, на цементній в’яжучій за будь-яких умов тужавлення.

Як щільний заповнювач для бетонів використовують щебінь з дроблених гірських порід (піщаник, граніт, діабаз) та природний кварцовий пісок. Пористі заповнювачі можуть бути як природні — перліт, пемза і ін., так і штучні — керамзит, шлак тощо. Залежно від виду пористого заповнювача розрізняють керамзитобетон, шлакобетон, перлітобетон тощо.

Бетони поризовані, ніздрюваті, а також на пористих заповнювачах використовують в основному для огороджувальних конструкцій, а дуже важкі бетони — для будівництва захисних споруд від дії радіаційного опромінення. Для звичайних ЗБК використовують важкий та дрібнозернистий бетони